时间分辨的超快光谱技术是基于泵浦-探测原 理的测量技术, 用于探索材料中的各种微观自由 度在飞秒到纳秒(1 ns=10 −9 s)尺度内的超快动力学 过程(原理图1). 一般工作方式是先利用较强泵浦 光脉冲激发样品, 然后通过精确可调的延时(t)弱探 测光脉冲来研究样品由激发态回到平衡态的弛豫 过程. 依赖于具体材料和泵浦光能量, 激发过程包 含带间(Interband)和带内(Intraband)跃迁过程, 产生 的非平衡态电子(准粒子)可以远离费米面, 也可以 在费米面附近. 弛豫动力学过程会涉及各种玻色 激发, 如声子、 磁振子、 电荷密度波(Charge Density Wave, CDW)、 自旋密度波(Spin Density Wave, SDW) 等. 在时域内的演化过程中, 准粒子既有非 热分布(Nonthermal Distribution), 也有准平衡热分 布(Quasithermal Distribution). 这些过程都会导致材 料的介电常数(ε(ω, t))和电导率(σ(ω, t))在频域和时 域内产生变化, 从而反射率和透射率等参数也产生 相应的变化, 最后到达探测器的探测光携带样品的 非平衡态(随时间演化的)信息就可以被测量到. 这里的泵浦和探测光脉冲, 更准确的讲是相 干电磁波脉冲, 其脉冲时间宽度一般为飞秒至皮 秒(1 ps=10 −12 s)量 级, 能 量 尺 度 可 以 从 毫 电 子 伏 特(meV)至千电子伏特(keV). 因为本文主要关注桌 面光源系统, 所以能量集中在meV到eV这个量级范 围内, 即太赫兹(1 THz=10 −12 Hz)至浅紫外波段. 所 以这里我们不讨论超快X射线光谱 [4] 、超快角分辨 电子能谱 [5] 和超快电子衍射 [6]. 下面分别具体介绍 桌面系统中各个波段或能量尺度下的实验技术.